Đại học bách khoa Hà Nội

Ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến tính chất ăn mòn của thép không gỉ

Lời nói đầu 0

PHẤN I TỔNG QUAN 2

I.1 Tình hình phát triển thép trên thế giới 2

I.1.1.Tình hình phát triển thép trên thế giới 2

I.1.2 Tình hình phát triển thép không gỉ trên thế giới 4

I.2 Tình hình phát triển thép tại Việt Nam 4

I.2.1 Tình hình phát triển thép tại Việt Nam 4

I.2.2 Tình hình phát triển thép không gỉ ở Việt Nam 5

I.3 Giới thiệu vài nét về thép không gỉ 5

I.3.1 Các loại thép không gỉ trên thế giới 5

I.3.2 Giới thiệu vài nét về thép không gỉ 205 6

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 7

II.1 Ảnh hưởng các nguyên tố trong thép 7

II.1.1 Ảnh hưởng cuả nguyên tố cacbon 8

II.1.2 .Ảnh hưởng của Crôm 9

II.1.3 Ảnh hưởng của Niken 10

II.1.4 Ảnh hưởng của Mangan 11

II.1.5.Ảnh hưởng của Silíc 12

II.1.6 Ảnh hưởng của các nguyên tố khác 13

II.2.Ảnh hưởng của tạp chất 14

II.2.1.Ảnh hưởng của Phốt pho 14

II.2.2 Ảnh hưởng của lưu huỳnh 14

II.2.3.Ảnh hưởng của oxy 14

II.2.4 Ảnh hưởng của Nitơ và Hidro 15

II.3 Khử oxy trong thép 15

II.3.1 Phương pháp khử lắng: 15

II.3.2.Phương pháp khử oxy khuếch tán: 16

PHẦN III: CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG 17

III.1 Thiết bị nấu luyện thép 17

III.1.1 Cấu tạo lò cảm ứng trung tần 17

III.1.2 Nguyên lý làm việc 18

III.1.3 Chuẩn bị nguyên, vật liệu: 19

III.1.4.Nguyên liệu để nấu luyện thép 20

III.2 Tính toán phối liệu 21

III.3 Qui trình nấu luyện 21

III.4 Chuẩn bị mẫu thử nghiệm và đánh giá kết quả thử nghiệm 23

III.4.1.Chuẩn bị mẫu thử nghiệm 23

III.4.2 Đánh giá kết quả thử nghiệm: 23

PHẦN IV: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN 24

IV.1 Chế tạo lò thí nghiệm 24

IV.2 Nấu luyện thép 205 27

IV.2.1 Nấu luyện thép nền: 27

IV.2.2 Nấu luyện thép 205 có bổ sung đất hiếm 28

IV.3 Đánh giá chất lượng thép 205 đã nấu luyện 29

IV.3.1 Thử cơ, lý tính của thép 29

IV.3.2 Soi chụp tổ chức tế vi của thép đã luyện 29

IV.3.3 Thử nghiệm thép 205 trong dung dịch H2SO4 ở nhiệt độ phòng: 33

PHẦN V: KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

Lời nói đầu

Trong lịch sử phát triển của xã hội loài người, việc tìm và sử dụng vật liệu kim loại

có ý nghĩa vô cùng to lớn Nhờ đó mà nhân loại đã có bước phát triển nhảy vọt trongnhiều ngành khoa học kĩ thuật hiện đại

Thời kì trước công nghiệp chưa chú trọng ngành luyện kim, chế tạo máy vấn đềchất lượng thép chưa được quan tâm Vào thế kỷ 20, đặc biệt là sau chiến tranh thế giớilần thứ nhất do cơ sở hạ tầng bị thiệt hại nặng nề, ngành công nghiệp luyện kim có điềukiện để phát triển mạnh để phục vụ cho cuộc sống và an ninh quốc phòng Trên thế giớicác ngành công nghiệp, nhất là ngành luyện thép, chế tạo máy, ngành điện lực, ngànhđiện tử… đang phát triển mạnh cả về số lượng và chất lượng sản phẩm Với yêu cầu vàđiều kiện kỹ thuật mới của các dụng cụ máy móc, thiết bị hiện đại phải làm việc trongđiều kiện nhiệt độ và áp suất cao, chống được ăn mòn, chống mài mòn cơ học, chốngnóng, chống gỉ…các thép thông thường không đáp ứng được Do đó đòi hỏi phải sảnxuất ra các thép và hợp kim có những tính chất đặc biệt như độ bền cơ học cao, chống ănmòn trong các môi trường, chịu va đập…, đặc biệt sản xuất các loại thép có tính đàn hồicao, có tĩnh nhiễm từ phù hợp với yêu cầu của khoa học kỹ thuật

Trong những năm gần đây việc nâng cao chất lượng thép là một trong hai hướngnghiên cứu chính về sản xuất thép Chất lượng thép đang thu hút ngày càng đông đảocác nhà luyện thép vào việc giải quyết cụ thể các tính năng đặc biệt nhằm thỏa mãn ngàycàng cao về nhu cầu của thép cho nền kinh tế quốc dân Có nhiều biện pháp rất hiệu quả

để nâng cao chất lượng thép đủ bền, gia công tạo hình, chống ăn mòn môi trường khíquyển, chống dão…, kết hợp với các tính năng đặc biệt khác để nâng cao tuổi thọ và mởrộng phạm vi sử dụng của thép Vì những lý do trên chúng em quyết định chọn đề tài: “

Nghiên cứu công nghệ nấu luyện thép không gỉ 205 có sử dụng đất hiếm”

Chúng em xin chân thành cảm ơn tiến sĩ NGÔ QUỐC LONG và các thầy cô giáotrong Khoa: Khoa học và Công nghệ Vật liệu, cung toàn thể các bạn sinh viên đã tận tìnhgiúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Do khả năng có hạn, điều kiện thí nghiệm còn hạn

Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Thành

Nguyễn Thế Hoàng

Trịnh Quốc Linh

Hà nội, ngày … tháng 6 năm 2010

PHẦN I TỔNG QUAN

I.1 Tình hình phát triển thép trên thế giới

I.1.1.Tình hình phát triển thép trên thế giới.

Hiệp hội Thép Thế giới (WSA) đưa ra dự báo về nhu cầu thép thế giới năm 2009

-2010 trong bối cảnh kinh tế toàn cầu hồi phục mạnh mẽ Nhu cầu thép toàn cầu sẽ đạt1,104 tỷ tấn trong năm 2009, giảm 8,6% so với năm 2008

Trong dự báo mới nhất, Trung Quốc sẽ tiêu thụ 526 triệu tấn, tăng 18,8% so với năm

2008, tiêu thụ thép tại các nền kinh tế mới nổi sẽ giảm 17%, tại 27 quốc gia EU sẽ giảm33% và tiêu thụ tại các nước kinh tế phát triển giảm 34% Năm 2010, thế giới sẽ tiêu thụ1,206 tỷ tấn thép, tăng 9,2% so với năm 2009, trong đó tiêu thụ của Trung Quốc tăng5%, của các nền kinh tế mới nổi tăng 12%, tại EU-27 tăng 12% và ở các nền kinh tế pháttriển là 15% Trong bảng 1.1 liệt kê sản lượng thép một số quốc gia trên thế giới

Bảng 1.1 Sản lượng thép một số quốc gia trên thế giới (tháng 1/ 2010)

Thứ tự Quốc gia Sản lượng , triệu tấn Tăng(%) so với

Bảng 1.2 Số liệu dự báo tình hình tiêu thụ thép 2009 & 2010

Khu vực Tiêu thụ, triệu tấn Tăng, giảm năm trước so

với năm sau (%)

thế trong việc nghiên cứu phát triển và trang thiết bị, tập trung khai thác các sản phẩm cóthị trường rộng, giá trị phù hợp, mang lại nhiều lợi nhuận.

Nổi bật nhất là Công ty gang thép Thái Nguyên ( Trung Quốc ) – doanh nghiệp sảnxuất thép không gỉ lớn nhất thế giới về sản lượng và trong năm 2009 đã sản xuất 2,48triệu tấn, tăng 38,2% so với năm 2008 Năm 2010 các nhà máy sản xuất thép không gỉtại Trung Quốc tăng sản lượng Taigang là nhà máy sản xuất thép không gỉ lớn nhấtTrung Quốc dự tính sẽ duy trì sản lượng tháng 1/2010 ở mức 200,00 tấn Sản lượng thépkhông gỉ của nhà máy Baosteel đã giảm chỉ còn khoảng 75,000 tấn trong tháng 12/2009

và sẽ nâng năng suất tháng 1/2010 lên 105,000 tấn sau khi đã trải qua giai đoạn khủnghoảng kinh tế Số lượng thép cuộn cho ra thị trường của nhà máy thép không gỉ Pohang(QPSS) trong tháng 1/2010 là 15,000 tấn, cao hơn mức 14,000 tấn hồi tháng 11/2009

I.2 Tình hình phát triển thép tại Việt Nam

I.2.1 Tình hình phát triển thép tại Việt Nam

Kết thúc năm 2009, nền kinh tế đã có những bước phục hồi ngành thép trở thànhmột trong số ít ngành công nghiệp nặng có tốc độ tăng trưởng cao Đối với thép xâydựng sản lượng tăng 25%, tiêu thụ tăng hơn 30% so với năm 2008

Ba tháng đầu năm 2009, tiêu thụ thép giảm mạnh so với cùng kỳ năm 2008, có lúcchỉ còn một nửa tiêu thụ thép xây dựng chỉ bằng 56,24% so với cùng kỳ với thép cánnguội (50,4%), ống thép hàn (44,29%) và tôn mạ kẽm, sơn phủ màu (41,87%) Bướcsang quý 2/2009 và tiếp đến cuối năm, thị trường có chiều hướng tốt hơn Dù không cóđột biến, nhưng từ sau quý 1/2009, lượng thép tiêu thụ bắt đầu tăng lên, kéo theo giá báncũng tăng tương ứng Hiệp hội Thép Việt Nam hy vọng, sự phục hồi của thị trường thépcuối năm 2009 sẽ tiếp tục trong năm 2010 này, với tốc độ tăng trưởng dự kiến từ 10 đến12%

Những tháng đầu năm 2010, do tác động của giá nguyên liệu đầu vào như than,quặng sắt đều tăng, giá thép sẽ tiếp tục tăng nhẹ Hiệp hội Thép Việt Nam (VSA) dự báotổng sản lượng thép tiêu thụ của cả nước trong năm nay ước đạt khoảng 5,8 triệu tấn,tăng 10% so với năm 2009 Nhu cầu thép giai đoạn 2009 - 2010 dự báo chỉ trên dưới 3,8triệu tấn, trong khi đó công suất sản xuất thép xây dựng đạt 7 triệu tấn/năm Thép tôncán nguội đạt 2 triệu tấn/năm, trong khi nhu cầu chỉ cần 1,2 triệu tấn Sắp tới, lại cóthêm một nhà máy sản xuất thép với công suất 1,2 triệu tấn/năm của Posco (Hàn Quốc)nên khiến cung vượt quá cầu

I.2.2 Tình hình phát triển thép không gỉ ở Việt Nam.

Theo các chuyên gia kinh tế dự đoán, sản lượng thép không gỉ Việt Nam trong năm

2010 sẽ tăng 10 - 12% do có nhiều nhà máy vốn đầu tư nước ngoài tại việt nam đã bấtđầu đi vào sản xuất Trong khi đó, giá nguyên liệu (thép, phế, Ni, Cr…) tăng ngày một,

sẽ là rất khó khăn để các thương hiệu thép không gỉ Việt Nam trụ vững trên sân nhà khikhông còn sự bảo hộ của nhà nước

Ngày 22/2/2010 tập đoàn Formosa của Đài Loan thông báo kế hoạch đầu tư xâydựng nhà máy thép không gỉ tại khu công nghiệp ở tỉnh Hà Tĩnh - Việt Nam Nhà máynày có trị giá 100 tỉ đài tệ (khoảng 3,1 tỉ USD), với sản lượng khoảng 2 triệutấn/năm Tập đoàn này sẽ khởi công xây dựng nhà máy thép không gỉ tại Việt Nam vàocuối tháng 4/ 2010, và dự tính vốn đầu tư vào nhà máy này lên đến 280 tỉ đài tệ (7,8 tỉUSD) Đây là một trong những nguồn động lực thúc đẩy sự phát triển nền kinh tế ViệtNam nói chung và ngành thếp không gỉ Việt Nam nói riêng

I.3 Giới thiệu vài nét về thép không gỉ

I.3.1 Các loại thép không gỉ trên thế giới

Hiện nay ở nước ta thép không gỉ ngày càng được dùng nhiều trong các ngành khácnhau: y tế, cơ khí, đồ gia dụng, nghệ thuật, dụng cụ đo kiểm… Thông thường thép không

gỉ chịu được sự ăn mòn trong môi trường khí quyển và axit yếu; rất phù hợp với diều kiệnkhí hậu nhiệt đới nóng ẩm của Việt Nam Trong khi các loại công cụ và đồ dùng bằng thépthông thường luôn luôn phải bảo dưỡng bằng những phương pháp bảo vệ bề mặt (sơn phủ,mạ) hàng năm để tăng khả năng chịu mài mòn và cơ tính tổng hợp cao, tuổi thọ cho chi tiếtđòi hỏi chi phí rất đáng kể Sử dụng thép không gỉ rất tiện lợi và là một cách tiết kiệmnguồn tài nguyên thiên nhiên

Thép 205 là một loại thép không gỉ được sử dụng rộng rãi trong dân dụng với ưuthế có giá cả rẻ do không cần nhiều nguyên tố hợp kim như Ni trong thép nên chi phí đầuvào thấp Thép không gỉ 205 tuy không có độ bền cao như những mác thép không gỉ khácsong với nhu cầu sử dụng trong dân dụng thép này đáp ứng hoàn hảo các điều kiện về giá

I.3.2 Giới thiệu vài nét về thép không gỉ 205

Thép không gỉ 205 là mác thép bền ăn mòn trong điều kiện khí quyển có hàm lượng các nguyên tố chính : 16.5 – 18,0% Cr, 14,0 – 15,5% Mn và 1,00 – 1,75% Ni Thép

205 thường được chế tạo các đồ gia dụng, trang trí, Trong bảng 1.4 và 1.5 mô tả thành phần hóa học và cơ tính thép không gỉ 205 theo tiêu chuẩn của Mỹ

Bảng 1.4 Thành phần hóa học của thép không gỉ 205, %

Bảng 1.5 Cơ tính của thép không gỉ 205

205 Độ bền MPa B, Độ chảy MPa 0,2, Độ giãn dài .% Độ co thắt , % Độ cứng, HRB

Hiện nay tại Việt Nam hầu hết thép không gỉ 201, 202, 205 trên thị trường đềunhập phôi thép từ nước ngoài, trong đó có cả của Trung Quốc Nhu cầu sử dụng thépkhông gỉ trong nhiều ngành ngày càng lớn về cả số lượng lẫn chất lượng Với mongmuốn chế tạo thép không gỉ có giá thành rẻ, dễ kiếm và

chất lượng tốt để sử dụng rộng rãi trong thị trường chúng em đã chọn để tài:

“ Nghiên cứu công nghệ nấu luyện thép không gỉ 205 có sử dụng đất hiếm”.

PHẦN II: CƠ SỞ LÝ THUYẾTII.1 Ảnh hưởng các nguyên tố trong thép

Ảnh hưởng tổng hợp của nguyên tố hợp kim đến độ cứng và độ dai va đập củaferit có thể thấy rõ trong hình 2.1 Trên đồ thị thấy rằng, ảnh hưởng của các nguyên tốhợp kim đến độ dẻo (độ dai va đập), độ cứng (độ bền) có 2 nhóm khác nhau rõ rệt: Mn

và Si, Cr và Ni Hai nguyên tố Mn và Si làm tăng rất mạnh độ cứng, song cũng làm giảm

thép có độ thấm tôi cao thuộc nhóm được hợp kim hóa bằng Cr, Ni Mặc dù giá thànhcao hơn (do Cr và đặc biệt là Ni ngày càng đắt hiếm) loại thép này vẫn được sử dụngrộng rãi trong chế tạo các chi tiết làm việc có độ tin cậy cao.

Hình 2.1 Ảnh hưởng của nguyên tố hợp kim đến độ cứng và độ dai va đập của ferit II.1.1 Ảnh hưởng cuả nguyên tố cacbon

Cacbon là nguyên tố không thể thiếu trong thép và cùng với sắt tạo thành dungdịch hoà tan có hạn Khi hòa tan trong thép cacbon làm tăng hàm lượng xêmentit, mởrộng vùng austenit Với một lượng cacbon nhỏ có tác dụng ổn định austenite rất lớn.Nhưng nếu hàm lượng cacbon quá cao, sẽ làm giảm độ dẻo, tính hàn và khả năng chốngoxy hóa của hợp kim Cacbon có thể kết hợp với crom tạo thành cacbit có ảnh hưởng lớntới cơ tính và tính chống ăn mòn của thép không gỉ Ngoài ra cacbon có thể kết hợp với

một số nguyên tố hợp kim như: Mn, W, Ni, Nb, Ti…tạo thành cacbit trong thép

Cacbon là nguyên tố làm tăng độ cứng cho thép, về mặt định lượng cứ tăng0.1%C, độ cứng sẽ tăng 25HB Cacbon chính là nguyên tố ảnh hưởng lớn đến cơ tínhcủa thép (hình 2.2), quyết định phần lớn công dụng của thép Vì vậy, khi dùng thép cầnphải xem hàm lượng cacbon trong mác thép là bao nhiêu, sau đó mới tới các nguyên tốhợp kim

Hình 2.2: Giản đồ ảnh hưởng của cacbon đến cơ tính của thép

Qua hình 2.2 cho thấy rằng độ cứng HB tăng tuyến tính với hàm lượng cacbontrong thép, làm giảm độ dẻo dai của thép Khi hàm lượng cacbon nhỏ độ dẻo (), độ dai

va đập (aK) của thép giảm rất mạnh, song càng về sau mức giảm này càng nhỏ đi

Cacbon là nguyên tố hóa học có thể quyết định rất lớn đến tổ chức, đặc tính, côngdụng của thép Trong thép hợp kim khi hàm lượng cacbon tăng, ảnh hưởng của phacacbit được tăng cường nên làm tăng mạnh độ cứng, giới hạn bền sau tôi

II.1.2 .Ảnh hưởng của Crôm.

Crôm là nguyên tố cơ bản để hợp kim hóa thép và giản đồ Fe-Cr được mô tảtrong hình 2.3 Crôm có khả năng chống ôxy hóa cao khi hình thành màng ôxit đặc chắc,tăng tính chịu nhiệt và tăng độ hòa tan của cacbon vào Austenit Để hợp kim hóa trongluyện thép, người ta sử dụng FeCr, SiCr …Crôm là nguyên tố có khả năng tạo cacbittrung bình Crôm trong thép hợp kim cao sẽ tạo cacbit giàu crôm hơn

Hình 2.3: Giản đồ trạng thái Fe- Cr

Crôm làm tăng tốc độ nhạy quá nhiệt của thép trước cùng tích (nhỏ hơn 0.8%).Crôm làm giảm độ khuếch tán của cacbit trong austenit, ngăn ngừa điểm mềm sau khitôi (cải thiện tính công nghệ tôi) Khi giảm hàm lượng crôm sẽ tăng tốc độ phân hủybainit, làm cho độ cứng sau khi tôi giảm, khi giữ đẳng nhiệt ở 300 – 4000C hoặc nguộichậm

Crôm làm tăng đáng kể tính thấm tôi, cải thiện tính ram, khả năng ram và tăng độbền Ở nhiệt độ cao crôm tạo cacbit nhỏ mịn khi ram Đặc biệt khi trong thép vừa có Cr

và W tạo thành cacbit phức tạp, làm tăng tốc độ hòa tan của cacbit này ở nhiệt độ tươngđối thấp, đồng thời còn làm chậm quá trình kết tụ, lớn lên của cacbit nên làm tăng tínhcứng nóng Crôm đóng vai trò hết sức quan trọng đối với thép không gỉ

II.1.3 Ảnh hưởng của Niken.

Niken có mạng lập phương thể tâm hoà tan vô hạn vào γ – Fe và ổn định vùng γ.Niken làm tăng độ bền, độ cứng, độ dai va đập, tính cứng nóng và chống ăn mòn hóa học

Niken giữ cho thép được độ dai va đập ở nhiệt độ thường và nhiệt độ thấp Nikenkhông tạo cácbít, tác dụng chủ yếu là tăng độ thấm tôi và độ dai va đập cho ferit Ni trongthép có tác dung giữ cho hạt nhỏ nhưng giảm nhẹ tính hàn

Mn có ảnh hưởng tốt đến cơ tính, khi hòa tan vào ferit mangan nâng cao độ bền và độcứng của thép không gỉ

Hình 2.6: Giản đồ trạng thái của Fe - Mn II.1.5.Ảnh hưởng của Silíc

Silic tồn tại trong thép như tạp chất, nhưng Si có tác dụng làm tăng tính lưu động

và tính oxy hóa của thép Silic là nguyên tố ái lực hóa học mạnh với oxy nên Silic khihòa tan trong kim loại thường lấy ôxy và tạo điều kiện cho cacbon tiết ra grafit (dạngcacbon tự do) Do đó silic cùng với mangan được dùng để khử oxy trong thép lỏng

Do có tỷ trọng nhỏ nên khi cho FeSi vào hợp kim hóa phải thận trọng vì FeSi bịnổi trên bề mặt xỉ và gây hiện tượng cháy trên bề mặt xỉ vì Si tác dụng phản ứng với ôxytrong không khí Để hiệu suất thu hồi Si cao thường cho FeSi vào kim loại lỏng sau khi

đã khử oxy, lưu huỳnh, trước khi ra thép 5 – 10 phút Silic là nguyên tố không tạo cacbit,tăng tính ổn định ram, hạn chế tính ròn ram của thép, tăng khả năng chống oxy hóa ởnhiệt độ cao và tăng độ bền, chống rão Cùng với Mn, Si có tác dụng tăng giới hạn đànhồi

Hình 2.7: Giản đồ trạng thái của Fe - Si II.1.6 Ảnh hưởng của các nguyên tố khác.

Titan cho vào trong thép có tác dụng khử oxy, làm nhỏ mịn tinh thể, tăng cườngkhả năng tạo pha ferit, hình thành cacbit, các hợp chất liên kim Đồng thời Titan làmchuyển dịch đường cong C sang phải, nâng cao nhiệt độ nhiệt luyện, giảm độ thấm tôi(khi hình thành cacbit) giản đồ trạng thái Fe – Ti được mô tả trên hình 2

Hình 2.8: Giản đồ trạng thái Fe - Ti

II.2.Ảnh hưởng của tạp chất

II.2.1.Ảnh hưởng của Phốt pho

Trong thép lỏng phốt pho hòa tan rất nhiều ở dạng phân tử Fe2P Trong thép lỏng

có ôxy, Mn, Al thì Phốt pho có thể tạo thành P2O5, FeO.P2O5 nhưng trong thép đặc, sựhòa tan của P không đáng kể, đặc biệt ở dạng pha ferit hòa tan chỉ độ vài phần nghìn Dovậy dễ xuất hiện Fe2P, nâng cao độ bền, đặc biệt tăng ròn ở nhiệt độ thường hay gây bởnguội, ròn nguội (hình 2.9), do đó làm giảm mạnh độ dai va đập của chi tiết Chỉ cần0.1%P hòa tan, ferit đã trở nên rất ròn Song P là nguyên tố dễ gây thiên tích (phân bốkhông đều) rất mạnh trong quá trình kết tinh Nếu để tránh ròn hàm lượng P trong thépphải nhỏ hơn 0.05% Ảnh hưởng của P đến cơ tính còn thể hiện sự tăng mạnh nhiệt độchuyển biến từ trạng dẻo sang ròn Thép hợp kim có độ bền thấp chứa 0.2%P thì ngưỡngròn nằm ở nhiệt độ phòng Ngoài ra P còn làm tăng giới hạn chảy, làm giảm độ co thắttương đối, giảm công lan truyền vết nứt (dễ bị nứt) Do đó phải hạn chế P theo yêu cầuquy định trong mác thép khá chặt chẽ

II.2.2 Ảnh hưởng của lưu huỳnh

Khác với P, S không hòa tan vào Feα và Fe mà tồn tại ở dạng sunfit (FeS) gâynên hiện tượng ròn nóng trong thép Tính ròn nóng do sự có mặt của FeS FeS tạo với sắtcùng tính có nhiệt độ nóng chảy thấp (9880C) nên khi kết tinh FeS sẽ kết tinh sau cùng

và sẽ nằm ở biên giới hạt tinh thể Khi nung thép để cán, kéo, tại biên giới hạt FeS sẽchảy mềm ra và gây nên hiện tượng thép bị

phá hủy ròn

Mn + FeS = MnS + Fe

Do có ái lực với S mạnh hơn Fe nên khi đưa Mn vào thép thi Mn sẽ thay Fe tạo thànhsunfua mangan MnS Pha MnS kết tinh ở nhiệt độ cao (16200C) dưới dạng các hạt nhỏrời rạc nên không bị chảy, gây nứt gẫy khi gia công nóng Khi khử bỏ tính ròn nóngMnS cũng như các tạp chất phi kim loại khác đóng vai trò là tạp chất, trung ứng suất,làm giảm độ dẻo và độ dai của thép Vì thế hàm lượng S trong thép phải được khống chếchặt chẽ

II.2.3.Ảnh hưởng của oxy

Trong quá trình luyện thép có quá trình oxy hóa để khử tạp chất khỏi thép lỏngnên cần đủ oxy truyền vào nồi lò trong những thời điểm cần thiết Nhưng trong khi khử

bỏ tạp chất lượng các ôxyt sẽ còn lưu lại nhiều trong thép và cần được khử bỏ Độ hòatan của ôxy trong thép khá lớn, tại nhiệt độ 1600oC trong thép có độ hòa tan ôxy là

0.23%, đồng thời ôxy có thể kết hợp với sắt tạo thành oxit FeO Ôxy và sắt tạo thànhdung dịch đặc khiếm khuyết, mạng tinh thể bị méo lệch, do đó cơ tính của thép bị ảnhhưởng Thép có hàm lượng oxy cao thường bị phá hủy ròn.

II.2.4 Ảnh hưởng của Nitơ và Hidro

Nitơ và Hidro là những tạp chất ẩn có hại Ảnh hưởng của Nitơ và hyđro mạnhnhất là làm giảm độ dẻo, tăng khuynh hướng phá hủy ròn của thép Nitơ hòa tan trongferit với lượng rất nhỏ và tạo thành vật lẫn trong kim loại là nitrit Các nitrit làm thép cótính ròn, làm giảm độ bền của thép

Hàm lượng Nitơ cao gây ra hiện tượng hóa già thép khi biến dạng Các nguyên tử

N trong thép biến dạng nguội tụ tập lại nên thép bị hóa bền trở nên kém dẻo Nitơ nằmtrong dung dịch rắn hoặc tích tụ trong các lỗ xốp

Tính ròn của hyđrô mạnh nhất của thép đối với tổ chức mactenxit Hàm lượnghyđrô cao trong thép khi bị nấu luyện có thể dẫn đến trong vùng mặt gẫy có dạng vếtđốm màu trắng Hiện tượng này thường gặp ở các thỏi thép, rèn đúc từ thép crom vàcrom – niken Để phòng ngừa thép sau khi biến dạng nóng, thép được làm nguội chậmhoặc giữ lâu ở nhiệt độ 2500C do hyđrô có tốc độ khuếch tán lớn ở điều kiện như vậy sẽkhông tích tụ thành bọt khí mà thoát ra khỏi thép

II.3 Khử oxy trong thép

Mục đích khử oxy trong thép là khử bỏ bớt lượng oxy quá nhiều trong thép đểgiảm thấp lượng oxy hòa tan trong thép và nâng cao chất lượng của thép

Khi khử ôxy thường dùng một chất (nguyên tố) có ái lực hóa học mạnh với oxylớn hơn ái lực của sắt với oxy để lấy ôxy hòa tan trong thép

Vì vậy điều kiện của các sản phẩm của các phản ứng khử oxy là: không được hòatan trong thép lỏng, tạo oxit hoặc các hợp chất có tỷ trọng nhẹ hơn thép lỏng và có thể dễdàng nổi trên bề mặt xỉ

Trong thực tế hiện nay thường dùng các phương pháp khử ôxy sau:

 Khử lắng

II.3.2.Phương pháp khử oxy khuếch tán:

Quá trình khử oxy khuếch tán được tiến hành như sau: cào bỏ xỉ cũ, tạo xỉ mới,sau đó cho hỗn hợp khử oxy dạng bột lên mặt xỉ lỏng Thành phần của chất hỗn hợpthường dùng là vật liệu có chứa cacbon như than cốc, than gỗ hoặc grafit Điều kiện tấtyếu của phương pháp khử oxy khuếch tán là phải hết sức khống chế cho môi trường khítrong lò là môi trường hoàn nguyên để các thành phần trong hỗn hợp không bị cháy tổnnhiều Nhược điểm của phương pháp này là thời gian khử oxy quá dài, năng suất củathiết bị thấp

Trong quá trình thực hiện việc nấu luyện thường chúng ta sử dụng phương

pháp khử lắng bằng một số hợp chất của nguyên tố có ái lực hóa học mạnh hơn

sắt với oxy như Mn, Si, Al

Nhiệm vụ khử oxy không chỉ khử bỏ oxy hòa tan trong thép mà còn phải khử tạpchất oxy, sản phẩm oxy ra khỏi thép lỏng

PHẦN III: CHUẨN BỊ THÍ NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG

III.1 Thiết bị nấu luyện thép

Trong điều kiện ngày nay các dụng cụ, máy móc, thiết bị hiện đại đòi hỏi phảilàm việc trong môi trường nhiệt độ và áp suất cao nên cần phải sản xuất ra các mác thép

có những tính năng đặc biệt Các lò luyện điện thép với các kích cỡ khác nhau đangđược dùng để nấu luyện các loại thép đặc biệt Để luyện thép và hợp kim trong lò điện,người ta sử dụng điện năng biến thành nhiệt năng dưới dạng hồ quang… được người ta

sử dụng Trong các lò luyện thép cảm ứng trung tần có thể luyện một số mác thép hợpkim chuyên dùng hoặc thép hợp kim cao ít cacbon

III.1.1 Cấu tạo lò cảm ứng trung tần

III.1.2 Nguyên lý làm việc

Lò cảm ứng không lõi sắt giống như một máy biến thế không khí mà cuộn sơ cấp

là cuộn cảm ứng được quấn xung quanh lò, còn cuộn thứ cấp chính là mẻ liệu kim loạichứa trong lò Do không có lõi sắt nên nguồn từ không bị phân tán, vì vậy càng gần cuộncảm ứng thì càng có nhiều đường sức tập trung, nghĩa là mật độ lớn Độ dày tường lòcần phải tính toán để hợp lý và việc xếp liệu khó chảy cần xít gần tường lò, kín đáy

Trong quá trình nấu luyện tùy thuộc vào từng vùng, tính chất liệu kim loại và tần

số làm việc của lò mà mức độ cảm ứng của liệu trong lò là khác nhau Mật độ điện tậptrung nhiều nhất ở vùng xung quanh lò và ít nhất ở chính giữa lò Liệu chảy trước tiên là

ở sát tường lò, gần cuộn cảm ứng

* Động cơ điện : là loại động cơ không đồng bộ (thế hiệu đến 500V, số vòng quay 3000

vòng/phút), được cung cấp dòng điện có tần số công nghiệp 50Hz

* Khung lò có chức năng cố định vòng cảm ứng với nồi lò và để lắp đặt các hệ thốngnghiêng lò Khung lò gồm có khung ngoài và khung trong:

- Khung ngoài để đỡ lò, thiết bị nghiêng lò Khung ngoài được cố định vào sàn nhàxưởng

- Khung trong có tác dụng chứa toàn bộ lò

Vật liệu làm khung phải là vật liệu phi từ Yêu cầu của khung trong phải chắc chắn,phi từ tính, không khép kín mạch điện Khung trong được nối với trục ngoài bằng hai gốitrục

* Hệ thống nghiêng lò: hệ thống nghiêng lò chạy bằng động cơ điện để quay nồi lò

trong quá trình rót kim loại

* Hệ thống nước làm nguội: có nhiệm vụ làm mát cuộn cảm ứng, tủ điện, các bảng

mạch điện tử, tụ bù, tiếp điểm…Nhiệt độ nước vào làm nguội không quá 35°C và các bộphận khác không quá 50°C Hệ thống nước làm nguội phải có bể dự trữ để cấp cứu khi

hệ thống làm nguội có sự cố

* Gạch chịu lửa có nhiệm vụ định vị nồi lò và khung lò

* Tấm amiăng để cách nhiệt, điện giữa cuộn cảm ứng và nồi lò

Nồi lò gồm 3 lớp cơ bản: Trong cùng là lớp chịu lửa, tiếp theo là lớp cách nhiệt,ngoại cùng là lớp cách điện tiếp giáp với vòng cảm ứng Vật liệu làm tường lò tùy theotừng mác thép và tùy theo công nghệ nấu luyện Độ dày của tường lò mỏng hơn đáy lò vìđáy lò còn chịu trọng lượng của kim loại